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63873-01 - Vorlesung mit Übungen: Quantum Thermodynamics 4 KP

Semester Frühjahrsemester 2022
Angebotsmuster Jedes Frühjahrsem.
Dozierende Patrick Potts (patrick.potts@unibas.ch, BeurteilerIn)
Inhalt The theory of quantum thermodynamics investigates how the concepts of heat, work, and temperature can be carried over to the quantum realm, where fluctuations and randomness are fundamentally unavoidable. Using measurement and feedback schemes, these fluctuations can be exploited to perform tasks that are otherwise forbidden by the laws of thermodynamics. This illustrates the need for taking into account fluctuations as well as the information acquired in measurements in a thermodynamic description.

Preliminary Outline:

I Introduction
I.1 Basic concepts
I.1.1 Linear Algebra
I.1.2 The density Matrix
I.1.3 Second Quantization
I.2 Information theory

II. Thermodynamic Equilibrium
II.1 Grand Canonical Ensemble - The Gibbs State
II.1.1 Subsystem of closed system
II.1.2 Jaynes' maximum entropy principle
II.1.3 Global Passivity
II.2 Equivalence of ensembles in the thermodynamic limit

III The Laws of Thermodynamics
III.1 The General Scenario
III.2 Entropy Production
III.3 The First Law of Thermodynamics
III.4 The Second Law of Thermodynamics
III.5 The Zeroth Law of Thermodynamics
III.6 The Third Law of Thermodynamics

IV Markovian Master Equations
IV.1 Derivation
IV.2 The Laws of Thermodynamics
IV.3 Other Approaches for describing open quantum systems

V Quantum Thermal Machines
V.1 Heat Engine
V.2 Entanglement Generator
V.3 Absorption Refrigerator

VI Fluctuations
VI.1 Stochastic Thermodynamics
VI.2 Fluctuation Theorems
VI.3 Thermodynamic Uncertainty Relations
VI.4 Quantum Thermodynamics
VI.5 Heat and Chemical Work
VI.6 Internal Energy and Coherent Work

VII The Thermodynamics of Information
VII.1 Maxwell's Demon and Szilard's Engine
VII.2 Fluctuation Theorems and Thermodynamic Uncertainty Relations
VII.3 Information in the Quantum Regime

 

Unterrichtssprache Englisch
Einsatz digitaler Medien kein spezifischer Einsatz

 

Intervall wöchentlich
Datum 21.02.2022 – 03.06.2022
Zeit Montag, 10.15-12.00 Physik, Alter Hörsaal 2, 1.22
Freitag, 08.00-12.00 Physik, Seminarzimmer 3.12
Datum Zeit Raum
Montag 21.02.2022 10.15-12.00 Uhr Physik, Alter Hörsaal 2, 1.22
Freitag 25.02.2022 08.00-10.00 Uhr Physik, Seminarzimmer 3.12
Montag 28.02.2022 10.15-12.00 Uhr Physik, Alter Hörsaal 2, 1.22
Freitag 04.03.2022 08.00-10.00 Uhr Physik, Seminarzimmer 3.12
Montag 07.03.2022 10.15-12.00 Uhr Fasnachtsferien
Freitag 11.03.2022 08.00-12.00 Uhr Fasnachtsferien
Montag 14.03.2022 10.15-12.00 Uhr Physik, Alter Hörsaal 2, 1.22
Freitag 18.03.2022 08.00-10.00 Uhr Physik, Seminarzimmer 3.12
Montag 21.03.2022 10.15-12.00 Uhr Physik, Alter Hörsaal 2, 1.22
Freitag 25.03.2022 08.00-10.00 Uhr Physik, Seminarzimmer 3.12
Montag 28.03.2022 10.15-12.00 Uhr Physik, Alter Hörsaal 2, 1.22
Freitag 01.04.2022 08.00-10.00 Uhr Physik, Seminarzimmer 3.12
Montag 04.04.2022 10.15-12.00 Uhr Physik, Alter Hörsaal 2, 1.22
Freitag 08.04.2022 08.00-10.00 Uhr Physik, Seminarzimmer 3.12
Montag 11.04.2022 10.15-12.00 Uhr Physik, Alter Hörsaal 2, 1.22
Freitag 15.04.2022 08.00-12.00 Uhr Ostern
Montag 18.04.2022 10.15-12.00 Uhr Ostern
Freitag 22.04.2022 08.00-10.00 Uhr Physik, Seminarzimmer 3.12
Montag 25.04.2022 10.15-12.00 Uhr Physik, Alter Hörsaal 2, 1.22
Freitag 29.04.2022 08.00-10.00 Uhr Physik, Seminarzimmer 3.12
Montag 02.05.2022 10.15-12.00 Uhr Physik, Alter Hörsaal 2, 1.22
Freitag 06.05.2022 08.00-10.00 Uhr Physik, Seminarzimmer 3.12
Montag 09.05.2022 10.15-12.00 Uhr Physik, Alter Hörsaal 2, 1.22
Freitag 13.05.2022 08.00-10.00 Uhr Physik, Seminarzimmer 3.12
Montag 16.05.2022 10.15-12.00 Uhr Physik, Alter Hörsaal 2, 1.22
Freitag 20.05.2022 08.00-10.00 Uhr Physik, Seminarzimmer 3.12
Montag 23.05.2022 10.15-12.00 Uhr Physik, Alter Hörsaal 2, 1.22
Freitag 27.05.2022 08.00-12.00 Uhr Auffahrt
Montag 30.05.2022 10.15-12.00 Uhr Physik, Alter Hörsaal 2, 1.22
Freitag 03.06.2022 08.00-10.00 Uhr Physik, Seminarzimmer 3.12
Module Modul: Vertiefung Physik (Masterstudium: Nanowissenschaften)
Modul: Vertiefungsfach (Masterstudium: Physik)
Leistungsüberprüfung Lehrveranst.-begleitend
An-/Abmeldung zur Leistungsüberprüfung An-/Abmelden: Belegen resp. Stornieren der Belegung via MOnA
Wiederholungsprüfung keine Wiederholungsprüfung
Skala 1-6 0,5
Wiederholtes Belegen beliebig wiederholbar
Zuständige Fakultät Philosophisch-Naturwissenschaftliche Fakultät, studiendekanat-philnat@unibas.ch
Anbietende Organisationseinheit Departement Physik

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